申请/专利权人：计算系统有限公司

申请日：2018-01-17

公开（公告）日：2020-05-22

公开（公告）号：CN108375413B

主分类号：G01H17/00(20060101)

分类号：G01H17/00(20060101);G05B19/04(20060101)

优先权：["20170131 US 15/420,933"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.05.22#授权;2018.08.31#实质审查的生效;2018.08.07#公开

摘要：一种指示机器健康的振动数据通过连接到便携式振动数据采集器的振动传感器采集。在将振动传感器安装到机器上的测量点之后，在具有开始时间和结束时间的测量时间周期内采集振动数据，并将振动数据存储在便携式振动数据采集器的存储器中。确定在测量时间周期中的第一时间窗口和第二时间窗口期间采集的振动数据的第一平均振幅和第二平均振幅。基于第一平均幅度和第二平均幅度之间的幅度差与第一时间窗口和第二时间窗口之间的时间差的比率来计算振动数据的斜率。振动数据或者保留在存储器中，或者基于斜率与阈值水平的比较而丢弃。

主权项：1.一种用于采集指示机器健康的振动数据的方法，所述方法使用连接到便携式振动数据采集器的振动传感器，所述方法包括：a将所述振动传感器连接到机器上的测量点；b在具有开始时间和结束时间的测量时间周期内采集振动数据；c将振动数据存储在所述便携式振动数据采集器的存储器中；d确定在所述测量时间周期内的第一时间窗口期间采集的振动数据的第一平均振幅；e确定在所述测量时间周期内的第二时间窗口期间采集的振动数据的第二平均振幅；f基于第一平均幅度和第二平均幅度之间的幅度差与第一时间窗口和第二时间窗口之间的时间差的比率来确定所述振动数据的斜率；和g基于所述斜率与一个或多个阈值水平的比较，保留或丢弃在步骤b中采集的所述振动数据；其中所述第一时间窗口开始于所述测量时间周期的开始时间，并且所述第二时间窗口结束于所述测量时间周期的结束时间。

全文数据：检测振动数据的故障采集技术领域[0001]本发明涉及机器振动监测领域。更具体地说，本发明涉及一种用于在分析数据之前检测和丢弃不期望的振动数据的系统。背景技术[0002]在利用具有旋转部件的机器的工业设备中，可以监视由机器产生的振动以检测可能导致机器故障的异常情况。可以使用由技术人员携带的手持便携式振动数据采集器沿着机器数据采集路线从一台机器到另一台机器来监控机器振动。这样的振动数据采集器通常使用产生指示机器的振动水平的电信号的振动传感器，诸如压电传感器。机器数据通常存储在数据采集器的存储器中，随着技术人员沿着路线前进，并在完成路线之后上传到数据分析计算机。数据分析师然后可以使用在数据分析计算机上运行的振动数据分析软件来处理沿着路线的振动数据，以向分析师提供关于机器的操作性能的信息。[0003]由于数据采集方式的问题，有时沿途采集的振动数据是不可用的。在一些情况下，问题是由于传感器信号中的电瞬变或在采集数据之前将传感器暴露于机械震动造成的。[0004]所需要的是一种用于在采集数据时检测对于数据分析而言不期望的振动数据的方法其并且在数据分析之前丢弃该不期望的数据。发明内容[0005]通过一种使用连接到便携式振动数据采集器的振动传感器采集指示机器健康的振动数据的方法，来满足上述和其他需要。该方法的优选实施例包括以下步骤：[0006]a将振动传感器连接到机器上的测量点；[0007]⑹在具有开始时间和结束时间的测量时间周期内采集振动数据；[0008]c将振动数据存储在便携式振动数据采集器的存储器中；[°009]d确定在测量时间周期内的第一时间窗口期间采集的振动数据的第一平均振幅；[°010]e确定在测量时间周期内的第二时间窗口期间采集的振动数据的第二平均振幅；[0011]f基于第一平均幅度和第二平均幅度之间的幅度差与第一时间窗口和第二时间窗口之间的时间差的比率来确定振动数据的斜率;和_2]g基于斜率与—个或多个阈值水平的比较，髓或丢弃在步骤⑹中采集的振动数据。[0013]在一些实施例中，步骤g包括如果斜率大于第一阈值水平，则从存储器中删除在步骤⑹中采集的振动数据。w%[0014]一在些头施例中，重复步骤b至g直到斜率小于第一阈值水平，此时将在步骤⑹中采集的振动数据保留在存储器中。[0015]在一些实施例中，步骤g包括：[0016]gl如果斜率小于第一阈值水平且大于第二阈值水平，则提示便携式振动数据采集器的用户选择保留或丢弃在步骤b中采集的振动数据，其中第二阈值水平小于第一阈值水平;和[0017]g2基于用户的选择保留或丢弃在步骤⑹中采集的振动数据。[0018]在一些实施例中，步骤gl的提示是利用在便携式振动数据采集器的显示屏幕上视觉提示来完成的。[0019]在一些实施例中，第一时间窗口开始于测量时间周期的开始时间，并且第二时间窗口结束于所述测量时间周期的结束时间。[0020]在一些实施例中，第一时间窗口与第二时间窗口之间的时间差确定为第一时间窗口的平均时间与第二时间窗口的平均时间之间的时间差。[0021]在一些实施例中，第一时间窗口和第二时间窗口的宽度不大于测量时间周期的一半。[0022]另一方面，本发明的实施例提供了一种用于沿着测量路线采集指示多台机器健康的振动数据的方法，使用连接到便携式振动数据采集器的振动传感器。这种方法包括：[0023]⑸将振动传感器附接到测量路线上的机器上的测量点；[0024]⑹在具有开始时间和结束时间的测量时间周期内采集振动数据；[0025]c将振动数据存储在便携式振动数据采集器的存储器中；[0026]d确定在测量时间周期内的第一时间窗口期间采集的振动数据的第一平均振巾畐；c°027]e确定在测量时间周期内的第二时间窗口期间采集的振动数据的第二平均振幅；[0028]⑴基于第一平均幅度和第二平均幅度之间的幅度差与第一时间窗口和第二时间窗口之间的时间差的比率来确定振动数据的斜率；[0029]g基于斜率与一个或多个阈值水平的比较，确认保留或丢弃在步骤b中采集的振动数据；[0030]⑹如果在步骤g中确定放弃振动数据，则重复步骤⑹至g直到在步骤g中确定保留振动数据；[0031]进入测量路线中的下一个测量点；和[0032]j重复步骤⑸到（i，直到采集和保留测量路线中的所有测量点的振动数据。[0033]在一些实施例中，步骤g包括如果斜率大于第一阈值水平，则从存储器中删除在步骤⑹中采集的振动数据。t0034]在一些实施例中，该方法包括执行步骤⑹直到斜率小于第一阈值水平，此时将在步骤b中采集的振动数据保留在存储器中。[0035]另一方面，本发明的实施例涉及一种便携式振动数据采集器，用于采集指示机器健康的振动数据。便携式振动数据采集器包括振动传感器、模数转换器、存储器和处理装置丨振动传感器附接到机器上的测量点，并且在具有开始时间和结束时间的测量时间周期$间机器的振动产生振动信号。模数转换器将振动信号转换成数字振动数据，存储振动数据。处理装置，基于执行以下软件命令对振动数据进行操作：[0036]-确定在测量时间周期内的第一时间窗口期间采集的振动数据的第一平均振幅；[0037]-确定在测量时间周期内的第二时间窗口期间采集的振动数据的第二平均振幅；[0038]-基于第一平均幅度和第二平均幅度之间的幅度差与第一时间窗口和第二时间窗口之间的时间差的比率来确定振动数据的斜率;和[0039]-基于斜率与一个或多个阈值水平的比较，将振动数据保留在存储器中或从存储器中删除振动数据。[0040]在一些实施例中，如果斜率大于第一阈值水平，则从存储器中删除振动数据。[0041]在一_些实施例中，处理装置在测量点处继续采集振动数据，直到斜率小于第一阈值水平，此时采集的振动数据保留在存储器中。[0042]在一些实施例中，由处理装置执行命令：[0043]-在显示设备上生成消息，如果斜率小于第一阈值水平且大于第二阈值水平，则所生成消息提示便携式振动数据采集器的用户选择保留或丢弃振动数据，其中第二阈值水平小于第一阈值水平;和[0044]-根据用户的选择，将振动数据保留在存储器中或从存储器中删除。附图说明[0045]本发明的其他实施例将通过参考结合附图的详细描述而变得显而易见，其中元件不按比例绘制，以便更清楚地显示细节，其中相同的附图标记在多个视图中表示相同的元件，并且其中：[0046]图1描绘了根据本发明实施例的用于采集机器振动数据的装置；[0047]图2和图3描绘了使用图1的装置采集的机器振动数据的时域和频域图；[0048]图4描绘了用于处理机器振动数据以检测和丢弃不合需要的数据的方法;和[0049]图5A和5B描绘了根据图4的方法处理的机器振动数据的时域图。具体实施方式[0050]这里描述的实施例旨在消除称为“滑雪斜坡噪声”（ski-slopenoise的噪声问题，在使用便携式振动数据采集系统例如图1所示的示例性系统10的数据采集路线中，该噪声问题可以在机器上采集的机器振动数据中观察到。系统10包括用户沿路线附接到待测机器I2的传感器14。在优选实施例中，传感器14是压电传感器，其产生指示由机器12产生的振动水平的电压信号。传感器14电连接到便携式手持振动数据采集器16,诸如CSI2140机械健康分析仪CSI2140MachineryHealthAnalyzer。数据采集器16包括模数转换器ADC18，其将来自传感器14的模拟电压信号转换成数字振动数据。数据采集器16中的处理器20接收振动数据并根据本文所述的方法对其进行处理，其中数据被丢弃或保留在存储器22中。[0051]图2说明了“滑雪斜坡噪声”问题。在图2的左下部分中是从使用图1所示的系统1〇的路线上采集的数据导出的示例性峰值速度频谱。在较低频率下的较大频谱幅度，其朝向较高频率具有陡峭的下坡，被称为“滑雪斜坡”。在这个例子中，虽然比任何其他光谱峰值还要大十倍，以至于它完全掩盖了所有其他光谱特征，但该峰值幅度不是很大。图2的右上部分描述了从中导出频谱的振动数据的时间波形。波形中最引人注目的情况之一是随着时间的推移加速度幅度的明显斜率。[0052]有两个共同事件导致传感器14产生具有图2所示特性的振动信号。一个事件是当传感器14最初连接到其电源时在传感器电路中产生的电瞬变。另一个事件是传感器受到较大的机械冲击，例如可能在将传感器放置在待监测的机器12上的过程中发生。[0053]图3描绘了使用数字记录器从加速计采集的数据，其中加速计已经与记录器断开，从而其电力中断，然后重新连接到记录器。图3中的上部图像示出了由数字记录器数字化的来自传感器的原始振动波形信号。如上图所示，原始波形信号从约98.7秒的运行时间发生的重新连接事件恢复。图3中的下面的三个图像是从重新连接事件之后的2.3秒、6.3秒和8.3秒开始的上波形计算的频谱。正如三个频谱所示，在这六秒钟的时间范围内，滑雪斜坡特征的振幅减少了十倍以上。尽管在S.3秒的频谱中仍然存在明显的滑雪斜坡峰，但是期望的振动信号是容易看到的。[0054]在这里描述的实施例中，振动数据采集器16的处理器20实时计算振动时间波形信号的斜率。由于计算的斜率与频谱中的滑雪斜坡特征的幅度相关，计算的斜率是滑雪斜坡问题的严重程度的指标。由于斜率可以实时计算，因此可以实时丢弃表现出严重滑坡问题的数据，避免使用存储空间来存储不期望的数据。[0055]图4描绘了由处理器20执行的用于检测和丢弃在机器数据采集路线上采集的不期望的振动数据的示例性方法100。在路线中的起始点，用户将传感器14附接到机器12上的测量位置，并使用数据采集器16在一段时间周期内采集振动数据箱bin步骤102。在图5A中描绘了跨越0•2秒时间周期的示例性振动数据箱。应该理解，本发明不限于初始数据采集的任何特定时间长度。在图5A的示例中，0.2秒的时间周期足够长，以包含由双极交流电动机驱动的机器的机器运行速度的数个周期。该示例性时间周期通常也足够短，以至于可以在比在路线上的任何特定点进行完整的振动数据采集所需的时间更短的时间内完成采样和计算。[0056]在优选实施例中，处理器20计算在数据采集时间周期开始附近测量的第一时间窗口内的振动信号的平均幅度步骤104。该第一时间窗口由图5A中的交叉影线部分I表示，其宽可以达数据采集时间周期总宽度的一半。在当前的例子中，第一时间窗口的宽度是0.04秒。处理器20也计算在数据采集时间周期结束附近测量的第二时间窗口内的振动信号的平均幅度步骤1〇6。该第二时间窗口由图5A中的交叉影线部分n表示，其宽可以达数据采集时间周期总宽度的一半。在当前的例子中，第二时间窗口的宽度也是〇•04秒。在优选实施例中，对每个时间窗内的波形的所有数据点的幅度进行平均，以确定每个窗口的单个平均幅度值。[0057]第一时间窗口的平均幅度值由图5B中的圆圈1表示。第二时间窗口的平均幅度值由图5B中的圆圈2表示。在图5B中，两个平均幅度值之间的幅度差表示为△a，并且第一和第二时间窗口之间的平均时间差表示为AT。处理器2〇根据下式计算简单斜率S:[0058]S=AA+AT步骤108。[0059]在图5A-5B的示例中，AA=0.025g并且AT=0.16秒。以及[0060]S=0.025+0.16=0.15625g秒。[0061]然后将斜率S与存储的第一阈值进行比较步骤110。如果斜率s大于第一阈值，则通过从存储器22中删除丢弃在步骤1〇2采集的数据步骤118。如果斜率S不大于第一预定阈值，则将斜率S与存储的小于第一阈值的第二阈值进行比较步骤112。如果斜率S不大于第二阈值，则将数据与当前测量路线点的标识相关联地保存在存储器中（步骤114。如果斜率S大于第二阈值，则在数据采集器16的显示设备24上显示消息，提示用户接受足够好的数据或拒绝数据步骤120。如果用户接受数据，则与当前测量路线点的标识相关联地将数据保存在存储器中（步骤114。如果用户选择拒绝数据，则通过从存储器22中删除丢弃在步骤102采集的数据步骤118。[0062]在用户前进到路线中的下一个数据采集点之后步骤116，并重复处理步骤，直到在路线中的所有测量点采集到可接受的数据。在步骤114之后保留在存储器22中的数据将在完成路线之后供数据分析者考虑。[0063]已经出于说明和描述的目的给出了以上本发明的优选实施例的描述。它们不旨在穷举或将本发明限制到所公开的确切形式。根据上述教导可以做出明显的修改或变化。为了提供对本发明的原理及其实际应用的最佳说明，选择和描述了这些实施例，并且由此使得本领域的普通技术人员能够以各种实施例和适合于预期的特定用途的各种修改来利用本发明。所有这些修改和变化都在由所附权利要求确定的本发明的范围内，当根据其公正、合法和公平地授权的范围来解释时。

权利要求：1.一种用于采集指示机器健康的振动数据的方法，所述方法使用连接到便携式振动数据采集器的振动传感器，所述方法包括：a将所述振动传感器连接到机器上的测量点；⑹在具有开始时间和结束时间的测量时间周期内采集振动数据；c将振动数据存储在所述便携式振动数据采集器的存储器中；—d确定在所述测量时间周期内的第一时间窗口期间采集的振动数据的第一平均振幅；一（e确定在所述测量时间周期内的第二时间窗口期间采集的振动数据的第二平均振幅；⑴基于第一平均幅度和第二平均幅度之间的幅度差与第一时间窗口和第二时间窗口之间的时间差的比率来确定所述振动数据的斜率;和g基于所述斜率与一个或多个阈值水平的比较，保留或丢弃在步骤b中采集的所述振动数据。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤g包括如果所述斜率大于第一阈值水平，则从所述存储器中删除在步骤〇3中采集的振动数据。3.根据权利要求2所述的方法，还包括重复步骤b至g，直到所述斜率小于所述第一阈值水平，并且将在步骤b中采集的所述振动数据保留在所述存储器中。4.根据权利要求1的方法，其中步骤g包括：gl如果斜率小于第一阈值水平且大于第二阈值水平，则提示便携式振动数据采集器的用户选择保留或丢弃在步骤b中采集的振动数据，其中所述第二阈值水平小于所述第一阈值水平；以及g2基于所述用户的选择保留或丢弃在步骤⑹中采集的振动数据。5.根据权利女求4所述的方法，其中所述提不是利用在所述便携式振动数据采集器的显不屏幕上的视觉提不来完成的。6.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间窗口开始于所述测量时间周期的开始时间，并且所述第二时间窗口结束于所述测量时间周期的结束时间。7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间窗口与所述第二时间窗口之间的时间差确定为所述第一时间窗口的平均时间与所述第二时间窗口的平均时间之间的时间差。8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一时间窗口的宽度不大于所述测量时间周期的一半，并且所述第二时间窗口的宽度不大于所述测量时间周期的一半。9.一种用于沿着测量路线采集指示多台机器的健康的振动数据的方法，所述方法使用连接到便携式振动数据采集器的振动传感器，所述方法包括：a将所述振动传感器附接到测量路线上的多台机器中的一机器上的测量点；⑹在具有开始时间和结束时间的测量时间周期内采集振动数据；c将振动数据存储在便携式振动数据采集器的存储器中；—d确定在所述测量时间周期内的第一时间窗口期间采集的振动数据的第一平均振巾虽；一（e确定在所述测量时间周期内的第二时间窗口期间采集的振动数据的第二平均振幅；⑴基于第一平均幅度和第二平均幅度之间的幅度差与第一时间窗口和第二时间窗口之间的时间差的比率来确定振动数据的斜率；g基于所述斜率与一个或多个阈值水平的比较，确认保留或丢弃在步骤b中采集的振动数据；⑹如果在步骤g中确定放弃所述振动数据，则重复步骤b至g直到在步骤g中确定保留所述振动数据；⑴进入测量路线中的下一个测量点;和j重复步骤a到（i，直到采集和保留测量路线中的所有测量点的振动数据。10.根据权利要求9所述的方法，其中步骤g包括如果所述斜率大于第一阈值水平，则从所述存储器中删除在步骤b中采集的振动数据。11.根据权利要求10所述的方法，还包括执行步骤h，直到所述斜率小于所述第一阈值水平，然后确定将在步骤b中采集的所述振动数据保留在所述存储器中。12.根据权利要求9的方法，其中步骤g包括：gl如果所述斜率小于第一阈值水平且大于第二阈值水平，则提示便携式振动数据采集器的用户选择保留或丢弃在步骤b中采集的振动数据，其中所述第二阈值水平小于所述第一阈值水平;和g2基于所述用户的选择保留或丢弃在步骤⑹中采集的振动数据。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述提示是利用在所述便携式振动数据采集器的显示屏幕上的视觉提示来完成的。14.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一时间窗口开始于所述测量时间周期的开始时间，并且所述第二时间窗口结束于所述测量时间周期的结束时间。15.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一时间窗口与所述第二时间窗口之间的时间差确定为所述第一时间窗口的平均时间与所述第二时间窗口的平均时间之间的时间差。16.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一时间窗口的宽度不大于所述测量时间周期的一半，并且所述第二时间窗口的宽度不大于所述测量时间周期的一半。17.—种便携式振动数据采集器，用于采集指示机器健康的振动数据，包括：振动传感器，其可操作以附接到所述机器上的测量点，并且在具有开始时间和结束日寸间的测量时间周期期间基于所述测量点处的所述机器的振动产生振动信号；模数转换器，用于将振动信号转换为数字振动数据；存储器，用于存储振动数据；处理装置，基于以下命令的执行来对振动数据进行操作：-确定在所述测量时间周期内的第一时间窗口期间采集的振动数据的第一平均振幅；_确定在所述测量时间周期内的第二时间窗口内采集的振动数据的第二平均振幅；'-基于第一平均幅度和第二平均幅度之间的幅度差与第一时间窗口和第二时间窗口之间的时间差的比率来确定振动数据的斜率;和-基于斜率与一个或多个阈值水平的比较，将振动数据保留在存储器中或从存储器+删除振动数据。18.根据权利要求17所述的便携式振动数据采集器，其中，如果所述斜率大于第一_值水平，则由所述处理装置执行命令导致从所述存储器删除所述振动数据。19.根据权利要求18所述的便携式振动数据采集器，其中，由所述处理装置执行的命令导致振动数据的采集在所述测量点处继续，直到所述斜率小于所述第一阈值水平，在这一点所采集的振动数据保留在所述存储器中。20.根据权利要求17所述的便携式振动数据采集器，其中所述处理装置执行命令：-如果所述斜率小于第一阈值水平且大于第二阈值水平，则在显示屏幕上生成提示所述便携式振动数据采集器的用户选择保留或丢弃所述振动数据的消息，其中所述第二阈值水平小于所述第一阈值水平;和-根据用户的选择，将振动数据保留在存储器中或从存储器中删除。

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